UPS不间电源说明

1053NNN架构说明PAGE1---目目录录一、产品规格二、整机方框图三、整机架构说明四、线路说明充电器工作原理:CHGRMODULE工作电源产生:PRSYMODULE功率因数修正:PFCCMODULE风扇驱动/侦测:FNDRMODULE直流斩波电路:DCDCMODULE逆变输出工作:GTDRMODULE控制板主要线路:五、故障灯号及其意义六、维修注意事项1053NNN架构说明PAGE2---一、1053NNN产品规格容量最大负载容量1000VA/700W输入参数市电模式开机范围122Vac～300Vac输入市电电压范围118Vac～300Vac（随负载量变化）输入市电频率范围40Hz～60Hz（可通过软件调节）输出参数输出电压220±2%Vac正弦波输出频率范围1、与市电同步（市电模式输入频率46Hz～54Hz）2、50±0.2Hz（市电模式输入频率40Hz～46Hz或54Hz～60Hz，电池模式）过载能力市电模式减载运行-30%140Vac～160Vac-50%120Vac～140Vac市电模式（160VacVin300Vac）1、108%～150%30秒后转旁路且过载Fault2、150%200毫秒后转旁路且过载Fault市电模式（120VacVin160Vac）减载运行负载量后立即转电池模式电池模式1、112%～150%30秒后过载Fault2、150%200毫秒过载Fault充电能力及电池参数电池数量x电压x容量3x12Vx7.0AH(标机)电池备用时间（新电池）6分钟（标机、满载）电池充电时间5小时（标机充至90%容量）最大充电能力1.0A（标机）、8.0A（长效机）转换时间市电模式电池模式0mS旁路逆变4mS保护输入保护6.3A保险丝和7A过流断路器短路保护1、7个输出周期内关掉输出且过载Fault（逆变状态）2、过流断路器（旁路状态）另有过温、电池过高/过低等保护效率85%（市电模式）、83%（电池模式）界面RS232、SNMP标准认证电磁/射频干扰（EMI/RFI）EN55022A级电磁兼容（EMC）IEC61000-4-2（ESD静电）：4级IEC61000-4-4（EFT快速电子脉冲）：4级IEC61000-4-3(RS抗辐射)：3级IEC61000-4-5（LIGHTINGSURGE雷击）：4级1053NNN架构说明PAGE3---二、1053NNN整机方框图Fig.1整机方框图1KNNN型机种为ONLINE型UPS，其工作原理为：①当市电正常时，输入市电一方面经输入滤波器、交流/直流升压变换器、逆变器、输出滤波器输出给负载；另一方面经输入滤波器、充电器给电池充电。（LineMode）②当市电异常时，电池电压经直流/直流升压变换器、逆变器、输出滤波器输出给负载。（BatMode）③当UPS异常时，输入市电直接经旁路输出给负载。（Bypass）使用模组部分:1.充电器CHGRMODULE2.工作电源PRSYMODULE3.风扇控制FNDRMODULE4.电池升压控制DCDCMODULE5.市电升压控制PFCCMODULE6.IGBT驱动部分GTDRMODULEI/P输入市电InputFilter输入滤波AC/DCBoost交流/直流升压Bypass旁路DC/ACInverterDC/AC逆变O/PFilter输出滤波器O/P输出电压Charger充电器Battery电池DC/DCBoost直流/直流PSDRCNTLPANEL•CHGR•FNDR•PRSY•PFCC•DCDC•GTDR1053NNN架构说明PAGE4---三、整机架构说明工作原理Fig.2整机架构图1、电池模式1)、不开机。UPS不工作。2)、开机。CPU拉低3525OFF信号，DCtoDC斩波部分电路的控制芯片3525开始工作，产生推挽式电路中开关管Q4、Q6和Q10、Q11的驱动信号。通过推挽式电路，把电池电压斩波成BUS电压。BUS电压的反馈信号送给CPU，再由CPU发出BUS电压调节信号来实现BUS电压的软启动。当BUS电压逐渐上升并稳定在350Vdc左右后，BUS电压软启动结束。接着开始逆变电压软启动，CPU发出PWM.SINE信号，经过控制板上的滤波电路形成正弦波，同时逆变电压的反馈和逆变电流反馈会进行补偿，得到标准正弦波。CPU还发出CLOCK信号，经积分电路后形成三角波，与标准正弦波进行脉宽调制，产生INVIGBTQ12、Q13的驱动信号。逆变电压逐渐上升到220Vac并稳定，逆变电压软启动结束。O/PRELAY跳到逆变端，UPS有输出。2、市电模式1)、有正常市电输入后未开机。充电模块CHGR开始工作，并给工作电源模块PRSYPWM芯片UC3845提供启动电源。工作电源产生后，CPU根据对旁路的软件设置(山特1000NNN机器默认值为无旁路)做如下操作：A、无旁路。CPU关掉ACtoDC整流升压部分、DCtoDC斩波部分、DCtoAC逆变部分，I/P和O/PREAY常闭,UPS无输出。B、有旁路。CPU拉低3525OFF信号，从而打开DCtoDC斩波部分电路，实1053NNN架构说明PAGE5---现BUS电压的软启动。当BUS电压上升到约350Vdc时，关掉DCtoDC斩波部分电路，且打开I/PRLY，PFCIGBT处于关断状态，市电经半波整流后，通过L、C滤波维持BUS电压,逆变部分仍未工作，O/PRLAY常闭(旁路侧)，UPS有输出。2)、开机后，有无旁路的开机时序也不一样。A、无旁路。开机后CPU就打开旁路输出，其余开机时序与电池模式相同。在开机过程完成后，打开I/PRELAY和ACtoDC整流升压部分电路，并且关掉DCtoDC斩波部分电路，UPS就工作在市电模式。B、有旁路。CPU也先拉低3525OFF信号来打开DCtoDC斩波部分电路，实现BUS电压的软启动。当BUS电压上升到约350Vdc时，打开I/PRELAY和ACtoDC整流升压部分电路，关掉DCtoDC斩波部分电路,BUS电压软启动结束后开始逆变电压软启动。O/PRELAY由BYPASS跳至INV输出。3、市电模式和电池模式的相互转换1)、市电模式→电池模式。当CPU侦测到市电中断或异常时，I/PRELAY跳到常闭端和关掉ACtoDC整流升压部分，同时打开3525控制的直流升压部分，UPS工作在电池模式。2)、电池模式→市电模式。当市电恢复正常后，CPU先打开I/PRELAY和ACtoDC整流升压部分，过一段时间后关掉3525，UPS转到市电模式。四、线路说明1.充电模组工作原理Fig.3充电器原理图注：1053(S)的标机上有一充电模组，长效机接一大电流充电板，两者的工作原理基本一致。下面以标机的充电器模组为例。1)、工作原理该电路为一单组输出端的隔离返驰式转换器。Fig3只给出主要回路及波形。1053NNN架构说明PAGE6---A、隔离返驰式转换器的基本电路模型：Fig4隔离返弛式转换器基本电路及波形当Q1导通时，变压器的初级绕组渐渐会有电流流过，并将能量储存其中，由于变压器的初级和次级绕组极性相反，因此二极管反向偏置不导通，由输出电容放电把能量转移到负载，当Q1关断后，二次绕组极性相反，二极管导通，输出电容被充电，同时提供能量给负载。B、充电器工作：有市电输入时，由D5～D8和C10构成的整流电路把交流输入变为直流，通过分压电路给UC3845提供电源，充电器开始工作后，隔离返弛式的一个辅助绕组为UC3845提供工作电源。充电器的工作是在UC3845的控制下完成的。通过分压电路取充电电压反馈信号TL431的R端,与基准2.5V比较来控制TL431AK间的压降,使与之串联的光耦工作在不同的电流下,据IC=BID,来控制3843PIN1的电压来控制DUTY的大小,达到输出稳压;UC3845同时采样变压器初级的电流信号，充电器可做到限流，使得因电池弱而充电电压低时不至于充电电流过大损坏电池。2)、充电模组的特点A、CHGRON/OFF控制当在市电（正常）状态时，CHGRON，充电器开始工作，对电池充电；当在电池模式下，CHGROFF，充电器停止工作.其控制方式如下：CHGOFF-信号为高电平时，U2不导通，充电器正常工作；电池模式时，CHGOFF-信号为低电平，U2导通从PIN7接入一电压至PIN3脚，使PIN3的电位上升到1V以上,关掉PWM输出,充电器停止工作。CHGROFF-信号除了有高低电平状态外,还可以工作在PWM(2KHZ)的模式,通过控制PWM的DUTY可以使叠加在3845PIN3的直流电压不一样.从而到达充电电流大小的调节.可以根据输入电压,机内温度,所接电池,对充电电流作调整.1053NNN架构说明PAGE7---Fig5充电器关断原理图B、输出电压的自动调整1053NNN充电器充电电压可调整（41.1V），是调压原理是通过控制短路PINJS1/JS2调节充电电压的反馈的分压电阻来实现的。JS1(1,2):+0.5VJS1(2,3):+1VJS2(1,2):-0.5VJS2(2,3):-1V充电电压简略计算公式：VCHG=2.5V*（R514+R510）/R510当输入电压升高或其负载减小，VCHG，则VR，UC3845COMP端电压，UC3845的PWM脉宽变窄，则VCHG当输入电压下降或负载增加时自动稳压原理同上。2.工作电源模组工作电源部分也是采用单组输出端(+12V)的隔离返弛式转换器，由PRSY模组完成,工作原理与充电器类似。其输入来自于电池，亦是充电器的输出。1、DC开机。SW2通过分压电阻与电池相接，并送到控制板。当开机键被按下，SW1与SW2接通，而SW1接于工作电源控制芯片UC3845的VCC端，这样UC3845有电源开始工作。返弛式转换器工作后就产生工作电源+12V,+12V取代SW1，给UC3845提供稳定的电源。此时即使松开开机键，工作电源部分亦能继续工作。稳定的工作电源建立后，CPU开始工作，当检测到DC开机时，就会执行DC开机的一系列动作。2、有市电正常输入时。由充电器原理可知，功率板上的充电器开始工作。SW1通过分压电阻与充电电压输出相连接，这样UC3845也获得了电源。UC3845开始工作，其后工作电源部分的运行情况与DC开机类似。3、功率因数修正1)、功率因数的定义功率因数，即为有功功率与视在功率的比值。PF=P/（VRMS*IRMS）1053NNN架构说明PAGE8---影响功率因数有两个主要方面：一是电压和电流之间的相位差，若电压和电流是标准的正弦波，PF=COSθ，其中θ是电压和电流之间的相位差。若电压相位超前电流，θ0，负载呈感性；反之负载呈容性。二是电流波形中的谐波含量，谐波含量越大，功率因数越低。对于整流性负载（如许多无功率因数校正的开关电源），电压与电流之间的相位差并不大，而是电流谐波大。另外，电流谐波会对电网造成污染。VsIsIdVOIdVSIsFig.8整流性负载原理图Fig.9整流性负载电压电流波形可以看出，市电经全波整流后，电压、电流波形如Fig.8所示。二极管只有在输入电压高于输出电压时才会导通。在此导通时间内，输入电流必须供应半周所需的能量，因此其波形呈现高尖特性，这样的电流波形不仅含有大量的低次谐波，而且功率因数也只达0.5~0.7左右。2)、功率因数修正所谓功率因数校正，就是改善电流波形，使其形状尽量与电压波形一致，这样负载呈现出电阻性负载的特性，功率因数将接近于1。故在整流后加入一级DC/DC的功率因数校正器（PFC），借由主动开关的动作将输入电流修正为与电压波形相似的正弦波，以达到提高功率因数目的。对于改善功率因数，采用升压式电路有不少优势。下面先介绍其工作原理。A、升压式电路的工作原理Fig.10升压式电路原理图如Fig.10所示，当Q1导通时，二极管D1截止，电感L1处于充电状态，在输入电压Vin的作用下L1的电流线性上升，输入的电能转换成磁能储存在电感线圈中，负载靠滤波电容C1提供能量。当Q1截止时，由于